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Fil:Ghiglione, Matías. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

El siguiente trabajo tiene como finalidad: realizar aportes cognitivos, que admitan una transferencia tecnológica para el mejoramiento del manejo del rastrojo de arroz con la finalidad de que se minimicen repuestas negativas; buscar una solución alternativa a la quema de rastrojo y aportar evidencias a la plataforma cognitiva actual.

En los últimos años, la celda solar de puntos cuánticos ha atraído la atención de la comunidad científica como una de las más prometedoras implementaciones del concepto de celda solar de banda intermedia, que de acuerdo a predicciones teóricas basadas en el principio del balance detallado, podría alcanzar una eficiencia superior al 63% bajo máxima concentración de luz solar. Capas de puntos cuánticos embebidas en la región intrínseca de una celda solar p-i-n introducen estados energéticos en la banda prohibida, que actúan como niveles intermedios e incrementan la captación de luz a partir de la absorción de fotones de baja energía. La extracción de los portadores fotogenerados en los estados confinados y la subsiguiente colección en los contactos conducen a un aumento de la corriente de cortocircuito de la celda solar que, según reportes experimentales, es siempre acompañado de una reducción notable de la tensión de circuito abierto, que impide lograr una mejora en la eficiencia con respecto a dispositivos convencionales. La pobre performance lograda por las celdas solares de puntos cuánticos hasta el momento ha impulsado la investigación de estos dispositivos desde el punto de vista de la modelización y simulación. Los modelos aplicados usualmente se basan en la teoría de la banda intermedia y no son capaces de brindar resultados confiables, ya que desestiman los procesos de transferencia de portadores inter-subbanda que involucran a los estados de los puntos cuánticos. En esta tesis se desarrolla un modelo físico para la simulación de celdas solares de puntos cuánticos y se lo aplica al estudio detallado de su performance, haciendo foco particularmente en celdas basadas en materiales semiconductores III-V. Se analiza minuciosamente la dependencia de las características eléctricas y ópticas de estos dispositivos con diferentes parámetros físicos, condiciones de operación y variantes en el diseño. El modelo combina ecuaciones de arrastre-difusión para el transporte en el bulk y ecuaciones fenomenológicas de tasas para la dinámica de los portadores en los puntos cuánticos. A diferencia de otras formulaciones existentes, el modelo desarrollado tiene en cuenta la transición de portadores entre los estados confinados introducidos por las nanoestructuras, y además considera espectros de absorción razonables, lo que conduce a resultados de simulaciones más realistas. Esto está respaldado por la muy buena concordancia con datos experimentales publicados en la literatura.

Muchos de los residuos que actualmente son producidos en Argentina generan una importante fuente de polución, tanto en el agua, el aire, o suelo como resultado de gestiones inadecuadas. La ciudad de Olavarría tiene una economía principalmente agrícola-ganadera, y algunos de los residuos producidos por estas actividades representan una amenaza ambiental pero también una oportunidad para la generación de bioenergía. La naturaleza de estos residuos por su alto contenido en materia orgánica los hace viables para producir biogás mediante el proceso de digestión anaeróbica (DA). Del relevamiento de las actividades productivas en la región que tienen un alto impacto en el uso de la tierra y sobre el ambiente se consideró el efluente de la cría intensiva de carne porcina, habitualmente denominado purín de cerdo (PC) como uno de los más críticos, tanto por la falta de acciones para su tratamiento y evacuación segura como por el incremento que esta actividad ha tenido en la zona durante los últimos años. Por esta razón, se seleccionó el PC como el sustrato base para el estudio, ya que además presenta ventajas para el proceso como un elevado contenido de agua, y elevada capacidad de amortiguamiento para los cambios bruscos de pH, que a priori lo hacen un sustrato ideal para la DA. El objetivo principal de la tesis es optimizar la producción de metano de este sustrato, mediante la identificación y evaluación de parámetros que influyen sobre el proceso. Posteriormente se procederá a analizar el efecto de la adición de dos residuos, la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU) y el suero de leche (SL), ambos procedentes de diferentes actividades humanas y productivas de la zona, y que presentan un alto impacto negativo en el ambiente si no son adecuadamente gestionados. La selección de estos últimos se basó principalmente en que son residuos con elevadas concentración de materia orgánica fácilmente degradable y que pueden compensar el exceso de nutrientes del PC, entendiéndose como tal la concentración de nitrógeno amoniacal. En primer lugar se identificó como uno de los factores que puede ejercer mayor influencia sobre el proceso anaeróbico, al uso de inóculos y su naturaleza. En esta etapa, se procedió a identificar el efecto que ejercen diferentes tipos de inóculo sobre la DA de PC, utilizando como tales rumen, PC digerido y lodos de depuradora. Los resultados experimentales obtenidos mostraron que la utilización de cualquiera de ellos aumentó la producción tanto de biogás como de metano y que el PC digerido y los lodos de depuradora resultaron ser los más eficientes en términos de producción de metano, obteniendo incrementos de hasta 300%. Durante esta etapa se estudió la cinética del proceso evaluando la evolución de algunos parámetros como la concentración de los productos intermedios, en particular los ácidos grasos volátiles (AGV), lo que permitió identificar que bajo las condiciones experimentales estudiadas, la etapa metanogénica resultó limitante de la velocidad de producción de metano lo que se reflejó en la acumulación de dichos ácidos durante los primeros días del proceso. Algunas observaciones realizadas a lo largo de los diferentes ensayos experimentales desarrollados durante la primera etapa de este estudio llevaron a plantear la hipótesis de que una concentración insuficiente de inóculo podría ser la responsable de tiempos excesivamente largos para alcanzar la máxima producción de metano, aspecto que también podría estar vinculado a una potencial acumulación de AGV. Sobre esta base, se procedió a identificar la influencia de la acción de diferentes concentraciones de inóculo, como factor de importancia en el proceso, definiendo el parámetro denominado relación sustrato/inóculo (RSI). Seleccionando lodos de depuradora como inóculo - demostró buen desempeño en el proceso y además es un residuo de elevada disponibilidad- se analizó su efecto sobre la digestión individual de PC, de FORSU y de SL utilizando tres RSI diferentes 1:1, 3:1 y 6:1. Los resultados indicaron que la DA evoluciona mejor cuanto mayor es la concentración de inóculo en el reactor, obteniendo para la RSI 1:1, 382, 503 y 455 mLCH4/g SV para PC; FORSU y SL respectivamente. A partir del análisis de la concentración de los AGV, se identificó un cierto aumento en la inestabilidad del proceso a medida que aumenta la RSI, como resultado de la acumulación de AGV, aunque el grado de inestabilidad dependió fuertemente del sustrato utilizado. Posteriormente, se llevó a cabo el análisis de la cinética de la producción de metano, utilizando la ecuación de Primer Orden (PO) y el modelo de Gompertz (MG), dos modelos habitualmente aplicados para analizar el proceso anaeróbico. Estos modelos estiman parámetros cinéticos que son importantes para el control del proceso como son la producción final de metano, la velocidad de producción y el tiempo de retardo (representa el período de adaptación de los microorganismos al nuevo medio). El MG mostró el mejor ajuste de los datos experimentales para todas las RSI estudiadas, encontrando que la velocidad de producción de metano aumenta con el incremento de la concentración de inóculo en el sistema, a la vez que disminuye el tiempo de retardo. Una vez analizado el tipo y la cantidad de inóculo, se procedió a estudiar el proceso de co-digestión anaeróbica identificando las proporciones de sustratos que optimicen el proceso asegurando un régimen de funcionamiento estable. Se utilizó un análisis estadístico denominado diseño de mezcla de tipo simplex centroide restringido. Partiendo de la consideración de que el PC debe ser el sustrato que se utiliza en mayor proporción y en base al conocimiento acerca del comportamiento de cada uno de los co-sustratos utilizados (SL y FOSRU) se establecieron los siguientes límites para estudiar el sistema: 60- 80% para PC, y 0-20% para SL y 20-40% para FORSU (expresados en porcentaje en volumen). Los resultados mostraron que dentro de los límites estudiados, la utilización de una mayor concentración de co-sustratos que aporten un elevado contenido de materia orgánica más fácilmente degradables que el PC, favorece tanto una mayor producción de metano como una mayor remoción de materia orgánica. Estos resultados demuestran que el proceso de co-digestión permite atenuar los aspectos negativos de algunos sustratos como es la acidificación que provoca el SL y FORSU, así como la baja producción específica de metano de presenta PC. Los resultados obtenidos de la producción acumulada de metano para cada tratamiento fueron ajustados al MG. Los parámetros cinéticos, esto es la producción final de metano, la velocidad de producción de metano y la fase de retardo, fueron analizados mediante la metodología de superficie de respuesta, lo que permitió encontrar un modelo para cada uno, los cuales fueron capaces de explicar la variabilidad de los parámetros cinéticas con las distintas concentraciones de sustratos. La optimización del diseño de mezcla permitió encontrar que la concentración 60-20-20 (% PC, SL y FORSU respectivamente) optimiza las tres variables cinéticas, lo que implica que la producción de metano será mayor, más rápida y la fase de retardo será menor. La producción de metano para la concentración optimizada fue de 295 mL CH4/g SV, 22% superior a la producción de metano obtenida en similares condiciones a partir de la digestión individual del PC (241 mL CH4/g SV). Los resultados obtenidos a partir del desarrollo de esta tesis demuestran que es posible obtener una fuente de energía renovable a partir de residuos que actualmente no tienen un uso específico. Debido a que el proceso anaeróbico es de tipo biológico, y que la degradación de la materia orgánica involucra una serie de etapas que llevan a cabo diferentes grupos de microorganismos, resulta necesario estudiar cada sistema en particular dado que la naturaleza del sustrato y su interacción con otros sustratos, así como con el tipo y cantidad de inóculo utilizado pueden afectar la viabilidad del proceso. En este sentido, si la capacidad buffer del medio (capacidad de amortiguamiento de pH) o la concentración de inóculo en el sistema son inadecuadas, el sistema puede presentar acumulación de AGV en el reactor, disminuyendo el pH del medio inhibiendo el proceso metanogénico; si el sistema no es reajustado rápidamente el proceso puede fallar completamente inhibiendo todo tipo de actividad bacteriana en el reactor. De igual manera, cuando se aplica co-digestión es indispensable identificar individualmente cada uno de los sustratos en términos de su aporte al proceso de degradación de la materia orgánica y además identificar las proporciones óptimas en que deben incorporarse al sistema con la finalidad de asegurar un proceso estable y maximizar la producción de metano.

La señalización por insulina comprende una compleja cascada de eventos que llevan a la regulación del metabolismo de la glucosa y al crecimiento celular. Fallas en la respuesta a insulina conducen a diabetes mientras que en ciertos tipos de cáncer se encontraron aumentos en la actividad de esta vía se señalización. En mamíferos el gen del receptor de insulina (IR) adquirió un exón adicional junto con la capacidad de procesarlo alternativamente originando dos isoformas, IR-A e IR-B. En esta tesis se presenta el desarrollo de herramientas que permitieron visualizar procesos celulares in vivo por técnicas de microscopía. Esto permitió estudiar la endocitosis de las dos isoformas del IR en células individuales en respuesta a insulina y al factor de crecimiento similar a la insulina II (IGF-II). Una mayor internalización para el IR-A que para el IR-B en respuesta a ambos ligandos fue demostrada. Esto condujo a estudiar la señalización río abajo del receptor observando que la insulina desencadena una cascada mitogénica a través del IR-A y una predominantemente metabólica a través del IR-B. Cuando el estudio se extendió al IGF-II, pudo mostrarse que un mismo receptor sea mitogénico (IR-A) o metabólico (IR-B) se comporta diferente en respuesta a un ligando mitogénico (IGF-II) o metabólico (insulina). La existencia de los híbridos IR-A/IR-B en la membrana fue estudiada generando una quimera del IR capaz de ser modificada extracelularmente y que actúa como dominante negativo selectivo del efecto mitogénico. Esto permitió detectar los dímeros en membrana, analizar su formación y estudiar la señalización diferencial de cada isoforma. Por microscopía de fuerza atómica se midió la interacción molecular entre la insulina y cada IR mostrando que la misma es mayor para el IR-A. Se propone a la dinámica de internalización como el mecanismo responsable de la señalización diferencial de las dos isoformas del IR en respuesta a un mismo ligando. Se plantea un modelo de activación diferencial donde el IR-A se activa más y de forma más sostenida internalizándose más rápido, activando así la vía mitogénica desde los endosomas. Por otro lado, la isoforma B se internaliza de forma más lenta, permitiendo mayor señalización desde la membrana, reclutando moléculas efectoras de esta vía, gatillando la fosforilación de Akt, regulando la actividad de enzimas metabólicas.

Si bien se ha progresado sustancialmente en la dilucidación de los factores fisiológicos y ambientales que determinan la variabilidad fenotípica en los caracteres adaptativos del desarrollo, se conoce poco acerca de la arquitectura genética de los mismos. El estudio de la arquitectura genética requiere identificar y caracterizar los genes que contribuyen a la expresión fenotípica de los caracteres así como los factores que afectan la variabilidad de los mismos, lo cual puede lograrse por diversos medios. En el presente trabajo se analizó la variabilidad fenotípica para distintos caracteres adaptativos del desarrollo (Tiempo de Desarrollo larval y pupal, Viabilidad larval y pupal, Altura de formación de pupas, sus plasticidades fenotípicas, Coeficientes de Variación Ambiental y la relación entre Tiempo de Desarrollo Larval y Pupal) en el organismo modelo Drosophila melanogaster a dos temperaturas de cría usando un panel de 40 líneas derivadas de una población natural. Con los datos genómicos correspondientes a estas líneas se obtuvieron 1186 SNPs y 923 genes candidatos que orquestarían la expresión de estos distintos caracteres durante la ontogenia. Algunos de estos SNPs o genes fueron pleiotrópicos. Los genes candidatos estarían principalmente implicados en morfogénesis de distintas estructuras anatómicas, metamorfosis, comportamientos de locomoción o alimentación y metabolismo, entre otras funciones biológicas; varios de ellos forman parte de importantes pathways o cascadas de señalización con papeles decisivos en el desarrollo. Mediante el uso de líneas mutagenizadas, algunos de los genes candidatos más significativos para los distintos caracteres fueron validados. Por otro lado, con el objetivo de caracterizar la variabilidad para estos caracteres en otras poblaciones naturales y relacionarla con variables geográficas, se generaron líneas isogénicas derivadas de poblaciones naturales de dos locaciones argentinas situadas a diferente altitud, midiéndose en ellas los mismos caracteres a dos temperaturas de cría. Las tres poblaciones analizadas presentaron amplia variabilidad fenotípica para todos los caracteres medidos, determinada por el genotipo, el ambiente y la interacción entre ambos factores. Se detectó un grado de canalización microambiental variable en los fenotipos, dependiendo tanto del genotipo como del ambiente de origen y el de medición; las líneas provenientes de la localidad de altura presentaron mayor canalización en los fenotipos a bajas temperaturas y viceversa. En las tres poblaciones se detectaron correlaciones significativas entre distintos caracteres, particularmente entre los caracteres larvales, y se comprobó un desacople entre los caracteres para los estadíos larval y pupal. En conjunto, nuestros resultados resaltan el papel de importantes procesos del desarrollo conectados e interdependientes subyaciendo a los caracteres medidos, demuestran la existencia de variabilidad genética afectando estos procesos y por lo tanto la expresión de los caracteres y su robustez (a nivel macro y microambiental), y destacan la importancia de las fuerzas selectivas que operan sobre las poblaciones naturales en el establecimiento de esta variabilidad.

La llegada de distintos tipos de señales a la superficie de las células altera la expresión génica mediante la activación de distintos caminos de transducción de señales. En este trabajo, nos enfocamos en el estudio de estímulos proliferativos y en como estos alteran la expresión del gen de respuesta inmediata, c-fos, factor de transcripción considerado como un proto-oncogén. Si bien tanto mensajero como la proteína Fos están ausentes en la mayor parte del ciclo celular, ambos aparecen y desaparecen rápidamente luego del estímulo. Nos hemos propuesto investigar la regulación de la estabilidad del ARN mensajero de c-fos dada por MAPKs. Una de las proteínas reguladoras de la estabilidad de los ARNm en la que centramos nuestro estudio es HuR, la cual se une al mensajero de c-fos en su región ARE o rica en adeninas y uracilos presente en la parte 3´UTR. Encontramos que p38 SAPK regula la asociación de HuR promoviendo su liberación del ARNm y llevándolo a degradación. Además p38 SAPK inhibe la fosforilación de HuR, sugiriendo la posible acción de alguna fosfatasa p38 dependiente. Encontramos también que KSRP se uniría al ARE de c-fos en los mismos sitios que HuR y su asociación puede revertir la estabilización dada por HuR o por la inhibición de p38, sugiriendo un rol positivo en la degradación del ARNm de c-fos.

Fil:Rinaldi, Diego Santiago. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

En este trabajo se muestra el estudio realizado sobre materiales que serán utilizados en el diseño de una celda solar para su aplicación en el ciclo de producción de hidrógeno, también en este contexto se han estudiado compuestos capaces de almacenar el hidrógeno producido, de manera de cerrar el círculo propuesto de generación y almacenamiento de hidrógeno. En la primera etapa, se realizó el estudio de materiales semiconductores mediante primeros principios, con esta herramienta se estudiaron las propiedades electrónicas de los sistemas M:TiO₂ (donde M: metales de transición 3d). En la segunda etapa, se llevó a cabo la modelización de una celda solar multijuntura, empleando los materiales obtenidos en la primera etapa. Mediante el diseño propuesto de la estructura de la celda solar se logró una eficiencia del 10% para la producción del hidrógeno. Finalmente, en la tercera y última etapa, una vez obtenido el hidrógeno, se realizaron estudios para determinar cuáles serían los materiales más viables para retener y liberar el H. Con esta finalidad, se estudiaron series de hidruros binarios y ternarios, con diferentes estructuras cristalinas, para determinar que compuesto presenta una mejor perspectiva para el almacenamiento de H.

La ciudad de La Plata y alrededores (ubicada en el Estuario del Río de La Plata en Sudamérica) es una de las seis urbes más pobladas de la Argentina (alrededor de 800 000 habitantes) y, como tal, posee una importante actividad económica (industrial, administrativa y de tránsito vehicular). Como la mayoría de las grandes ciudades, debe poner en consideración la incidencia de enfermedades respiratorias causadas por la contaminación local del aire al mismo tiempo que debe afrontar los desafíos del cambio climático global. Dado que la ciudad se halla en una zona con baja capacidad de depuración atmosférica, que no posee una red oficial para el seguimiento de los contaminantes del aire y que estudios previos han indicado niveles altos de algunos contaminantes (material particulado, compuestos orgánicos volátiles e hidrocarburos aromáticos policíclicos entre otros), fue posible formular un conjunto de objetivos de estudio que permitan tanto enriquecer el conocimiento del ambiente en la zona como sugerir estrategias para la mejora. Tales objetivos forman parte de la presente tesis, que posee un fuerte carácter multidisciplinario. Los mismos pueden definirse en términos de compilación de información ambiental (actualmente escasa y difusa), capacitación en el manejo de equipamiento de monitoreo, medición de especies contaminantes, estudio de patrones de vientos y sus escalas y el análisis de la dinámica del viento como agente de transporte de los contaminantes (principalmente industriales). El estudio de datos ambientales (principalmente dióxido de azufre y vientos) se llevó a cabo utilizando métodos estadísticos de análisis univariado y multivariado, tanto desde la perspectiva inferencial como desde la perspectiva exploratoria. Los métodos de análisis por conglomerados jerárquicos, escalamiento multidimensional, componentes principales, correlación y regresión (entre otros) se presentan y discuten en términos de las aplicaciones a temas ambientales. Estos métodos constituyeron la principal herramienta para formular conclusiones acerca de los fenómenos físicos involucrados. Se discute la importancia de los conceptos de similitud y disimilitud y el “arte” de encontrar grupos como parte del reconocimiento de patrones. El concepto de robustez estadística es un tema transversal a todo el tratamiento de datos y a la aplicación de métodos de modelado. La presencia de dióxido de azufre (de origen preponderantemente industrial) resultó ser significativa como para sugerir el seguimiento continuo de este gas. El estudio de los vientos de la zona permitió hallar concordancia con fenómenos de mesoescala. A escala local se pudieron distinguir y caracterizar dos grupos de direcciones de viento muy importantes: el Sector 1 (NNO-N-NNE-NE) que transporta los contaminantes desde el área industrial al casco urbano es dominante al mediodía y la tarde temprana y el Sector 2 (ENE-E-ESE) que transporta a los contaminantes hacia zonas residenciales es dominante en horas del anochecer. Entre ambos suman una ocurrencia diaria promedio superior al 50%. La observación de estos sectores desde distintos puntos de monitoreo mostró que se hallan fuertemente correlacionados mostrando, un patrón generalizado en toda el área de estudio. Por otra parte, la ocurrencia de calmas promedio es al menos 11.6% independientemente de la estación del año y las velocidades de los vientos son lo suficientemente bajas (< 10 km h-1) la mayor parte del tiempo como para considerarse una causa facilitadora de la acumulación de contaminantes del aire. Los patrones de direcciones de viento representados por 24 rosetas horarias tienen un comportamiento estacional y pueden ser descriptos por un número reducido de representantes (5 a 8) que dan cuenta de la dinámica de los vientos en el ciclo diario de la capa límite planetaria. Tanto el análisis por conglomerados y el de escalamiento multidimensional como los métodos para cuantificar disimilitud entre patrones permitieron detectar la presencia del fenómeno de brisa de mar-tierra pudiéndose observar fluctuaciones entre sitios de observación (uno lejano y otro cercano a la costa) y entre estaciones del año (predominio del verano). Fue posible establecer las ventajas estratégicas de los sitios de observación y señalar otros puntos potenciales que servirían para el seguimiento de las concentraciones de fondo y la mejora en la detección de contaminantes de origen industrial y vehicular. Como resultado del estudio surge, sin lugar a dudas, la gran necesidad que tiene la ciudad y sus alrededores de realizar el seguimiento continuo tanto de parámetros meteorológicos como de los principales contaminantes del aire.